DE4105995C2 - Zahnradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem Zahnradgetriebe sollen die in Eingriff miteinander stehenden Zähne der Zahnräder mit einem möglichst geringen Bewegungsspiel ineinandergreifen. Dies gilt insbesondere bei Zahnradgetrieben für solche Einsatzzwecke, bei denen bestimmte Bewegungsstrecken übertragen werden oder bei denen die An- und Abtriebsbauteile ihre Drehzahlen schnell und stark verändern und/oder ihre Drehrichtung häufig umkehren müssen, wie es beispielsweise in der Antriebstechnik, insbesondere bei Industrierobotern der Fall ist. Bei solchen Präzisionsgeräten soll das Abtriebsbauteil die vorgegebene Wegstrecke nicht nur genau übertragen, sondern auch möglichst verzögerungsfrei die erforderliche neue Drehzahl oder Drehrichtung annehmen. Da aber die Abmessungen von Zahnrädern und ihre gegenseitigen Abstände innerhalb des Getriebes aus zahnrad- bzw. getriebefertigungs­ technischen Gründen innerhalb von Toleranzbereichen schwanken können, läßt sich ein möglichst geringes Spiel allein durch die Herstellungstechnik mit einem vertretbaren Kostenaufwand nicht erreichen. Man ist deshalb dazu übergegangen, Zahnradgetriebe der vorliegenden Art so auszugestalten, daß das Bewegungsspiel nachträglich verringert werden kann. Bei Zahnradgetrieben mit winklig zueinander stehenden Achsen, wie es bei Kegelrad­ getrieben der Fall ist, arbeitet man zu diesem Zweck mit unterschiedlichen Paßelementen, insbesondere Paßscheiben. Diese Maßnahme ist im Hinblick auf die Einzelteilfertigung und Montage sehr aufwendig, und außerdem vergrößert sich mit der Zunahme der Anzahl der Einzelteile aufgrund ihrer Toleranzen die Schwierigkeit, ein möglichst geringes Bewegungsspiel zu erreichen.

Bei einer in der DE-OS 37 34 462 beschriebenen Einrichtung zum Einstellen des Bewegungsspiels zwischen zwei Stirnrädern ist ein eines der beiden Stirnräder tragender Verstellbolzen vor­ gesehen, der aufgrund eines Schraubgewindes axial verstellbar ist. Diese bekannte Ausgestaltung hat sich als brauchbar und vorteilhaft erwiesen, weil mit ihr das angestrebte Ziel tat­ sächlich erreicht werden kann. Allerdings ist diese bekannte Lösung auf solche Zahnradgetriebe beschränkt, bei denen die Verzahnungen der Stirnräder entgegengesetzt konisch geformt sind. Diese Bedingung ist bei der bekannten Lösung erforder­ lich, damit die Verzahnungen der beiden Stirnräder sich bei einer axialen Verstellung des einen Stirnrades einander nähern können.

DE 26 19 618 A1 zeigt ein Planetengetriebe speziell für die Radhalterung einer Rad-Auswuchtungsmaschine. Bei diesem Planetengetriebe sind zwei Paar untertassenförmig konkav geformte Sonnenräder so gegeneinander drückbar, daß sich ihre Zahnkränze zwecks Eliminierung des Zahnspiels spreizen.

EPO 2 021 173 A1 offenbart ein Planetengetriebe gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 1, dessen Hohlrad an seiner Mantelfläche dachförmig geformt und durch zwei Konusringe mit entsprechend gegenläufigen Konusflächen gehalten ist. Die Konusringe sind axial zusammenpreßbar, wodurch das Hohlrad radial kontaktiert wird zwecks Eliminierung eines Zahnspiels.

Bei dem Planetengetriebe von EP-A-O 2 021 173 ist eine besondere Halterung für das Hohlrad vorgesehen, die nicht nur aufwendig ist, sondern auch eine Querteilung des Gehäuses erfordert. Nachteilig ist außerdem, daß die Kontraktionsvorrichtung inner­ halb des Gehäuses angeordnet ist, und ein Nachstellen der Kontraktionsvorrichtung nur von innen und somit nach Demontage des Gehäuses möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zahnrad-Planetengetriebe anzugeben, dessen Zahnspiel bei einfacher Bauweise auch bei Zahnrädern mit achsparallelen Verzahnungen ohne Demontage des Gehäuses und von außen eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 ist die Kontraktionsvorrichtung außen auf dem Gehäuse angeordnet und wirkt mittelbar über die Gehäusewand auf das Hohlrad. Dadurch wird nicht nur der Gehäusehohlraum von der Kontraktionsvorrichtung freigestellt, sondern die Kontraktionsvorrichtung ist auch von außen zugänglich.

Die jeweilige Radial­ kraft für die Kontraktion kann durch verschiedene Mittel, z. B. mechanische oder hydraulische Mittel, aufgebracht werden. Wesentlich ist, daß Radialkräfte aufgebracht werden, die den jeweiligen Zahn­ kranz gleichmäßig verformen, nämlich zusammen­ ziehen, so daß die Spieleinstellung auf dem gesamten Umfang gleichmäßig ist.

Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke eignet sich sehr gut für solche Zahnradgetriebe, bei denen ein Zahnrad mit mehreren anderen Zahnrädern kämmt, wie es bei einem Zahnrad-Planeten­ getriebe mit einem Hohlrad und vorzugsweise mehreren Plane­ tenrädern der Fall ist. Durch die erfindungsgemäße Kontraktion des Zahnkranzes des Hohlrades läßt sich das Zahnspiel zwischen allen Planetenrädern und dem Hohlrad gleichzeitig ein­ stellen.

Die erfindungsgemäßen Lösungen ermöglichen eine Spielein­ stellung unabhängig von der Außenform der Zahnräder. Die Verzahnung kann konisch, geradverzahnt, schrägverzahnt oder auch pfeilverzahnt sein. Die Zahnräder können auch im Sinne eines Schraubgetriebes miteinander in Antriebsverbindung stehen. Dabei lassen sich die Verzahnungen als Zykloidenver­ zahnung, Kreisbogenverzahnung oder Evolventenverzahnung ausführen.

Die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale tragen dazu bei, die Bauweise zu vereinfachen, die Verformbarkeit des Zahnkranzes des Hohlrades zu verbessern und/oder die Einstellung der erfindungsgemäßen Kontraktionsvorrichtung zu verbessern und/oder zu erleichtern.

Als Mittel zur Verformung des jeweiligen Zahnkranzes eignet sich vorzugsweise ein Keilring, mit dem sich große radiale Kräfte zum Verformen des Zahnkranzes erzeugen lassen. Dabei sollte vorzugsweise eine selbsthemmende Konizität zum Ein­ satz kommen, um die Feststellvorrichtung für den Keilring zu entlasten. Ein vorteilhafter Neigungswinkel der Konizität liegt zwischen etwa 3 bis 10°, vorzugsweise bei etwa 6°.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeich­ nung zeigt ein erfindungsgemäßes Stirnrad-Planetengetriebe im axialen Schnitt.

Die Hauptteile des Planetengetriebes 1 sind eine Antriebs­ welle 2 und eine Abtriebswelle 3, die koaxial zueinander in einem vorzugsweise radial geteilten Getriebegehäuse 4 mit einem Getriebegehäuseteil 5 und einem Getriebegehäuseteil 6 einander koaxial gegenüberliegend gelagert sind, ein der Antriebs- oder Abtriebswelle 2, 3 zugeordnetes Sonnenrad 7, ein in dem einen Getriebegehäuseteil 6 angeordnetes Hohlrad 8, ein Planetenradträger 9, der der dem Sonnenrad 7 gegen­ überliegenden Welle 3 zugeordnet ist und auf einem Teil­ kreis verteilt mehrere Lagerzapfen 11 aufweist, auf denen Planetenräder 12 frei drehbar gelagert sind, die sowohl mit dem Sonnenrad 7 als auch mit dem Hohlrad 8 kämmen, und eine Vorrichtung 13 zum Einstellen und Minimieren des Laufspiels zwischen dem Hohlrad 8 und den Planetenrädern 12.

Die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 sind axial unverschiebbar in den zugeordneten Getriebegehäuseteilen 5, 6 drehbar gelagert. Hierzu dienen geeignete Bauteile. Die Außenflächen des Sonnenrads 7 und der Planetenräder 12 und die Innenfläche des Hohlrades 8 sind achsparallel. Die Außenverzahnung 10 der vorzugsweise als Stirnräder ausge­ stalteten Zahnräder ist beim vorliegenden Ausführungsbei­ spiel eine Geradverzahnung.

Das Hohlrad 8 ist mit seiner Innenverzahnung 14 an einem Zahnkranz 15 ausgebildet, der in die Umfangswand 16 des einen topfförmigen Getriebegehäuseteils 6 vorzugsweise einteilig integriert ist, wobei die Innenverzahnung 14 an der Innenfläche der Umfangswand 16 angeordnet ist. Das topfförmige Getriebegehäuseteil 6 lagert die den Planeten­ radträger 9 tragende Welle 3. Die bezüglich der gemeinsamen Mittelachse 17 der Wellen 2, 3 koaxiale Mantelfläche des Zahnkranzes 15 ist eine Außenkonusfläche 18, die vorzugs­ weise zur Abtriebswelle 3 hin konvergiert. Die Konusfläche kann sich über den gesamten Abschnitt der Umfangswand 16 erstrecken, die von einer Radialwand 16a ausgeht. Auf der Außenkonusfläche 18 sitzt im Bereich des Zahnkranzes 15 ein axial verschiebbarer Spannring 19 in Form eines Keilrings mit einer der Außenkonusfläche 18 entgegengesetzt ausgebil­ deten Innenkonusfläche 21.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele für eine Verstellvorrichtung 22 für den Spannring 19. In der oberen Hälfte der Zeichnungsfigur ist auf der konvergenten Seite der Außenkonusfläche 18 an der Mantelfläche der Umfangswand 16 ein Außengewindeabschnitt 23 ausgebildet, auf dem eine Verstellmutter 24 mit Werkzeugsangriffselementen, insbeson­ dere Längsnuten 25, aufgeschraubt ist. Sie ist zur diver­ genten Seite der Außenkonusfläche 18 hin gegen den Spannring 19 schraubbar, wodurch dieser aufgrund der Konizität gegen die Außenkonusfläche 18 gespannt wird. Hierdurch läßt sich der Zahnkranz 15 radial zusammenziehen, wobei er sich vor­ zugsweise elastisch verformt. Diese Verformung ist aufgrund der kreisrunden Ringform der Konusflächen 18, 21 gleichmä­ ßig. Mit zunehmender Verschiebung des Spannringes 19 nach links wird die Kontraktion des Zahnkranzes 15 vergrößert und das Spiel zwischen letzterem und den Planetenrädern 12 verringert. Die radiale Verformung des Zahnkranzes 15 spielt sich in einem sehr kleinen Bereich ab, z. B. im Bereich von ein paar tausendstel Millimetern bis einigen zehntel Milli­ metern. Insoweit können Planetenräder 12 und das hohle Rad 8 entsprechend genau vorgefertigt werden. Im Rahmen der Erfin­ dung ist es auch möglich, den Zahnkranz 15 soweit zu ver­ formen bzw. zusammenzuziehen, daß das Hohlrad 8 und die Planetenräder 12 spielfrei kämmen. In der Regel wird jedoch ein minimales Bewegungsspiel belassen.

Zum Zurückschieben des Spannrings 19 dienen Druckschrauben 28, die einen Flansch 26 am freien Rand des Getriebegehäuse­ teils 6 auf einem Teilkreis in Gewindelöchern durchfassen und gegen die Frontseite 29 des Spannrings 19 schraubbar sind und auch ein Widerlager für den Spannring 19 bilden können. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist der Flansch 26 der Befestigungsflansch des Getriebegehäuseteils 6, mit dem es gegen einen Gegenflansch 31 des anderen Getriebege­ häuseteils 5 verschraubt ist. Zur Erweiterung des Verstell­ bereichs können die Druckschrauben 28 den Gegenflansch 31 in Durchgangslöchern ebenfalls durchfassen. Bei der vorliegen­ den Ausgestaltung weisen die Druckschrauben 28 jeweils an ihrem dem Spannring 19 zugewandten Seite einen mehreckigen Kopf mit Werkzeugangriffsflächen auf.

Wie in der Zeichnungsfigur unten dargestellt, kann die Verstellvorrichtung 22 auch durch mehrere Verstellschrauben 32 gebildet sein, die auf einem Teilkreis verteilt angeord­ net einen rückseitigen Anschraubflansch 33 in achsparallelen Gewindelöchern 33a durchfassen und gegen die Rückfläche 34 des Spannrings 19 schraubbar sind. Die Verstellschrauben 32 weisen vorzugsweise an ihren rückwärtigen Enden einen vor­ zugsweise mehreckigen Schraubenkopf 35 mit Werkzeugangriffs­ flächen auf.

Die Spieleinstell-Vorrich­ tung 13 bzw. die Verstellvorrichtung 22 ist von außen bequem zugänglich. Das Spiel kann somit nicht nur hand­ habungsfreundlich eingestellt, sondern auch nachgestellt werden, was nach einer bestimmten Laufzeit und kaum zu vermeidendem Verschleiß durchgeführt wird.

Die Kontraktion bzw. Verformung des Zahnkranzes 15 soll möglichst im Sinne einer Parallelverschiebung der Innenver­ zahnung 14 zur Mittelachse 17 erfolgen, um den Verzahnungs­ eingriff nicht zu beeinträchtigen. Vorzugsweise ist deshalb der Zahnkranz 15 dicker bemessen, als die zu seinen beiden Seiten insbesondere in gleicher Dicke vorhandenen Wandberei­ che. Zu beiden Seiten des Zahn­ kranzes 15 sind taillenförmige Einschnürungen 36 der Umfangswand 16 vorgesehen. Die Einschnürungen 36 sollen vorzugsweise eine angemessene Länge aufweisen, so daß sich im Bereich der Einschnürungen 36 eine gewisse Biegung bei der Kontraktion des Zahnkranzes 15 einstellen kann. Auch die radiale Ab­ stützung des Flansches 26 am axialen Flächenabschnitt des Gegenflansches 31 trägt dazu bei, ein definiertes Verfor­ mungsverhalten des Zahnkranzes 15 zu erreichen. Wie bereits beschrieben, können diese Verstellbewegungen sehr klein sein. Grundsätzlich ist zu bemerken, daß der Zahnkranz 15 nur so dick zu bemessen ist, daß er verformt bzw. kontrak­ tiert werden kann.

In solchen Fällen, in denen beim Zusammenziehen des Hohlra­ des 8 mit einer Verbiegung der Verzahnung (ballig oder konvex) zu rechnen ist, ist es von Vorteil, die jeweilige Verzahnung (14) so konkav vorzufertigen, daß sie sich nach der Verbiegung gerade erstreckt (geradverzahnt).

Claims (14)

1. Zahnrad-Planetengetriebe (1) mit einem in einem Gehäuse (4) angeordneten, drehbar gelagerten Sonnenrad (7), einem im Gehäuse (4) koaxial zu Sonnenrad angeordneten, drehbar gelagerten Planetenradträger (9), an dem vorzugsweise mehrere, mit dem Sonnenrad (7) in Eingriff stehende Planetenräder (12) um zur Drehachse (17) des Sonnenrades (7) und des Planetenradträgers (9) parallele Drehachsen drehbar gelagert sind, und einem eine Innenverzahnung (14) aufweisenden, die Planetenräder (12) umgebenden Hohlrad (8), mit dem die Planetenräder (12) in Eingriff stehen, wobei dem Hohlrad (8) eine Kontraktionsvor­ richtung (13) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (8) an der Innenumfangswand des Gehäuses (4) angeordnet ist, und daß die Kontraktionsvorrichtung (13) auf der Außenumfangswand (16) des Gehäuses (4) von außen zugänglich angeordnet ist und einen Keilring (19) mit einer konischen Innenmantelfläche (21) aufweist, der axial durch eine Verstell­ einrichtung (22) gegen eine zu der konischen Innenmantelfläche (21) passende konische Außenmantelfläche der Außenumfangswand des Gehäuses spannbar ist.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung des Sonnenrades (7), der Planetenräder (12) und die Innenverzahnung (14) des Hohlrades (8) eine Geradverzahnung ist.

3. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der Außenverzahnung bzw. die Innenfläche der Innenverzahnung jeweils achsparallel zur Drehachse (17) des zugehörigen Zahnrads (7, 8, 12) ist.

4. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Hohlrad (8) wirkende Kraft der Kontraktionsvorrichtung (13) in Stufen oder stufenlos veränderlich ist.

5. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Innen- und Außenmantelflächen (18, 21) selbsthemmend sind und insbesondere der Konuswinkel weniger als 6° beträgt.

6. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (8) einen die Verzahnung tragenden Zahnkranz (15) aufweist.

7. Zahnradgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (15) eine in Umfangsrichtung runde konzentrische Außenwandung (18) aufweist.

8. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (15) des Hohlrades (8) am Gehäuse (4) des Stirnradgetriebes (1) angeordnet ist, vorzugsweise im mittleren Bereich der Umfangswand (16) des topfförmigen Gehäuses (4) insbesondere einteilig ausgebildet ist.

9. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (15) dicker bemessen ist als die sich axial an ihn anschließenden, vorzugsweise gleich dicken Wandungsbereiche.

10. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Seite des Zahnkranzes (15) ein taillierter Wandungsbereich (36) angeordnet ist.

11. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich an den Zahnkranz (15) anschließenden Wandungsbereiche mit radialen Wänden verbunden sind oder radiale Wände (16a, 26) sind, von denen vorzugsweise die auf der divergierenden Seite der Konizität angeordnete Wand ein radial nach außen gerichteter Flansch (26) ist und die andere Wand (16a) radial nach innen gerichtet ist.

12. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilring (19) durch eine Schraubmutter (24) verstellbar ist, die vorzugsweise auf einen Außengewindeabschnitt (23) des Gehäuses (4) schraubbar ist.

13. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilring (19) durch mehrere, auf einem Teilkreis verteilt angeordnete Verstell­ schrauben (32) verstellbar ist, die rückseitig gegen den Keilring (19) wirken und das Gehäuse (4) oder einen daran angeschraubten Flansch (33) in Gewindelöchern durchfassen.

14. Zahnradgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Frontseite des Keilrings (19) auf einem Teilkreis verteilt angeordnete Druck­ schrauben (28) axial verstellbar angeordnet sind, die gegen die Frontseite (29) des Keilrings (19) schraubbar sind.